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一、概述

可編程控制器（PLC）是一種新型的通用控制裝置，他將傳統的繼電器控制技術、計算機控制技術和通信技術融為一體，專為工業控制而設計，具有功能強、通用靈活、可靠性強、環境適應性好、編程簡單、使用方便、體積小、重量輕、功耗低等一系列優點。近年來，隨著可編程控制器的日漸成熟，越來越多控制系統都采用PLC來代替傳統的繼電器控制。特別是在安全聯鎖保護系統中，PLC以其可靠性強、動作速度快、安全性能好的特點得到了各行各業廣泛的應用。

二、機車保護系統概述

對于一些機車控制、傳動控制及重要崗位的操作人員身體狀態在線檢測是非常重要的。例如高速運行的火車駕駛司機由于突發疾病暈倒而無法操作，那么整列火車乘客的生命安全是非常危險的。所以在一些的動車組機車控制室內的操作崗位上，安裝了操作人員檢測的設備。在操作人員的腳下有了一個象“油門"式的踏板，操作人員每隔三十秒必須踩一下這個踏板，證明操作人員身體狀態良好或在操作崗位上。否則，超過三十秒沒有檢測到踏板返回信號，蜂鳴器就會發出報警，提醒操作人員踩踏板。如果操作人員由于身體突發疾病或擅自離崗，報警超過兩分鐘，機車就會自動剎車，保證整列火車乘客的人身安全;還有一種情況，如果操作人員由于身體突發疾病暈倒，正好壓在踏板上面，或者有東西壓在踏板上，這樣踏板就一直有返回信號。在程序設計時考慮到這點，當踏板連續三十秒有返回信號時，蜂鳴器同樣會發出報警，并且報警超過兩分鐘自動剎車。本文以這個連鎖保護為例，介紹PLC在安全連鎖保護中的應用。

三、S7-300PLC簡介

S7-300是模塊化小型PLC系統，能滿足中等性能要求的應用。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合而構成不同要求的系統。S7-300PLC采用模塊化結構，具備高速的指令運算速度;能用浮點數運算實現較為復雜的算術運算;帶標準用戶接口的軟件工具可以方便地給所有模塊進行參數賦值;S7-300操作系統內已經集成了方便的人機界面，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（HMI）從S7-300中取得數據，S7-300按用戶的刷新速度傳送這些數據。S7-300操作系統自動地處理數據的傳送;CPU的智能化的診斷系統連續監控系統的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統事件（例如：超時，模塊更換，等等）;多級口令保護可以高度、有效地保護其技術機密，防止未經允許的復制和修改;S7-300PLC設有操作方式選擇開關，操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。S7-300PLC具備強大的通信功能，可通過編程軟件Step7的界面提供通信組態功能，這使得組態非常容易、簡單。S7-300PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業以太網總線系統;串行通信處理器用來連接點到點的通信系統;多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統及其他SIMATICS7/M7/C7等自動化控制系統。SIMATICS7—300的大量功能能夠支持和幫助用戶進行編程、啟動和維護，其主要功能有高速的指令處理、浮點數運算、人機界面（HMl）、診斷功能、程序保護。能實現列車自動防護系統ATP（AutomaticTrainProtection）的功能。在線實現火車的運行速度、軸溫、電流等重要參數測控及緊急狀態下安全聯鎖保護。如果加上人機界面（HMl）和存儲設備，可以實現顯示和記錄功能，能有效防止列車超速，還能以圖形曲線、數字報表等形式再現列車運行過程。.

PLC控制系統的設計主要包括硬件和軟件兩部分，而程序的設計是控制系統中工作量大、重要的一項工作。一個好的程序不僅可以減少I/O點數，節省硬件成本，而且還可以減少PLC程序步驟和占用的空間，收到事半功倍的效率。在本程序中，由于踏板有無信號定時器都要啟動，也就是說無論是踩踏板的時間還是不踩踏板的時間都不能超過30秒，如果超過30秒報警就要啟動，所以在寫程序時把上升沿和下降沿邊沿檢測指令并聯。這樣無論踏板得信號的開始還是失信號的開始都能激發30秒的定時器啟動。當擴展脈沖定時器定時到30秒后，報警線圈得電，蜂鳴器報警，提醒操作人員踩踏板。   1、明確設計任務和技術條件
    設計任務和技術條件一般以設計任務書的方式給出，在設計任務書中，應明確各項設計要求、約束條件及控制方式。因此，設計任務書是整個系統設計的依據。
    2、確定用戶輸入設備和輸出設備
    用戶的輸入、輸出設備是構成PLC控制系統中，除了作為控制器的PLC本身以外的硬件設備，是進行機型選擇和軟件設計的依據。因此，要明確輸入設備的類型(如控制按鈕、行程開關、操作開關、檢測元件、保護器件、傳感器等)和數量，輸出設備的類型(如信號燈、接觸器、繼電器等執行元件)和數量，以及由輸出設備驅動的負載(如電動機、電磁閥等)。并進行分類、匯總。
    3、選擇PLC的機型
    PLC是整個控制系統的核心部件，正確、合理的選擇機型對于保證整個系統的技術經濟性能指標起著重要的作用。
    PLC的選型應包括機型的選擇、存儲器容量的選擇、I／O模板的選擇等
    4、分配I／O地址，繪制I／O接線圖
    通過對用戶輸入、輸出設備的分析、分類和整理，進行相應的I／O地址分配，并據此繪制I／O接線圖。
    至此，基本完成了PLC控制系統的硬件設計
    5、設計控制程序
    根據控制任務和所選擇的機型以及I／O接線圖，一般采用梯形圖語言設計系統的控制程序。設計控制程序就是設計應用軟件，這對于保證整個系統安全可靠的運行至關重要，必須經過反復調試，使之滿足控制要求。
    6、必要時設計非標準設備
    在進行設備選型時，應盡量選用標準設備。如無標準設備可選，還可能需要設計操作臺、控制柜、模擬顯示屏等非標準設備。
    7、編制控制系統的技術文件
    在設計任務完成后，要編制系統的技術文件。技術文件一般應包括設計說明書、使用說明書、I／O接線圖和控制程序(如梯形圖等)

當報警啟動后，接通延時定時器啟動，定時兩分鐘。如果在兩分鐘之內，操作人員踩了踏板，報警解除。T1重新定時，T2停止定時。如果在兩分鐘之內操作人員沒有踩踏板，T2接通延時定時器定時到兩分鐘后，殺車啟動。機車緊急停車，連鎖保護乘客安全。

五、PLC的程序執行過程

當PLC運行時，是通過執行反映控制要求的用戶程序來完成控制任務的，需要執行眾多的操作，但CPU不可能同時去執行多個操作，它只能按分時操作（串行工作）方式，每一次執行一個操作，按順序逐個執行。由于CPU的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看，PLC外部出現的結果似乎是同時（并行）完成的。這種串行工作過程稱為PLC的掃描工作方式。用掃描工作方式執行用戶程序時，掃描是從條程序開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按程序存儲順序的先后，逐條執行用戶程序，直到程序結束。然后再從頭開始掃描執行，周而復始重復運行。

PLC的掃描工作方式與電器控制的工作原理明顯不同。電器控制裝置采用硬邏輯的并行工作方式，如果某個繼電器的線圈通電或斷電，那么該繼電器的所有常開和常閉觸點不論處在控制線路的哪個位置上，都會立即同時動作;而PLC采用掃描工作方式（串行工作方式），如果某個軟繼電器的線圈被接通或斷開，其所有的觸點不會立即動作，必須等掃描到該時才會動作。但由于PLC的掃描速度快，通常PLC與電器控制裝置在I/O的處理結果上并沒有什么差別。

六、小結

以PLC為控制核心的連鎖保護系統已經應用到各行各業，從歐洲各大公司生產的聯鎖系統可以看出，計算機聯鎖的進一步發展方向是：編制程序采用SIMATIC編程技術，使設備復雜程度低、規格小、靈活性大，價錢便宜，且能確保安全

在進行plc控制系統設計，盡管有著不同的被控對象和設計任務，設計內容可能涉及諸多方面，又需要和大量的現場輸入、輸出設備相連接，但是基本內容應包括以下幾個方面：

   1、明確設計任務和技術條件
    設計任務和技術條件一般以設計任務書的方式給出，在設計任務書中，應明確各項設計要求、約束條件及控制方式。因此，設計任務書是整個系統設計的依據。
    2、確定用戶輸入設備和輸出設備
    用戶的輸入、輸出設備是構成PLC控制系統中，除了作為控制器的PLC本身以外的硬件設備，是進行機型選擇和軟件設計的依據。因此，要明確輸入設備的類型(如控制按鈕、行程開關、操作開關、檢測元件、保護器件、傳感器等)和數量，輸出設備的類型(如信號燈、接觸器、繼電器等執行元件)和數量，以及由輸出設備驅動的負載(如電動機、電磁閥等)。并進行分類、匯總。
    3、選擇PLC的機型   1、明確設計任務和技術條件
    設計任務和技術條件一般以設計任務書的方式給出，在設計任務書中，應明確各項設計要求、約束條件及控制方式。因此，設計任務書是整個系統設計的依據。
    2、確定用戶輸入設備和輸出設備
    用戶的輸入、輸出設備是構成PLC控制系統中，除了作為控制器的PLC本身以外的硬件設備，是進行機型選擇和軟件設計的依據。因此，要明確輸入設備的類型(如控制按鈕、行程開關、操作開關、檢測元件、保護器件、傳感器等)和數量，輸出設備的類型(如信號燈、接觸器、繼電器等執行元件)和數量，以及由輸出設備驅動的負載(如電動機、電磁閥等)。并進行分類、匯總。
    3、選擇PLC的機型
    PLC是整個控制系統的核心部件，正確、合理的選擇機型對于保證整個系統的技術經濟性能指標起著重要的作用。
    PLC的選型應包括機型的選擇、存儲器容量的選擇、I／O模板的選擇等
    4、分配I／O地址，繪制I／O接線圖
    通過對用戶輸入、輸出設備的分析、分類和整理，進行相應的I／O地址分配，并據此繪制I／O接線圖。
    至此，基本完成了PLC控制系統的硬件設計
    5、設計控制程序
    根據控制任務和所選擇的機型以及I／O接線圖，一般采用梯形圖語言設計系統的控制程序。設計控制程序就是設計應用軟件，這對于保證整個系統安全可靠的運行至關重要，必須經過反復調試，使之滿足控制要求。
    6、必要時設計非標準設備
    在進行設備選型時，應盡量選用標準設備。如無標準設備可選，還可能需要設計操作臺、控制柜、模擬顯示屏等非標準設備。
    7、編制控制系統的技術文件
    在設計任務完成后，要編制系統的技術文件。技術文件一般應包括設計說明書、使用說明書、I／O接線圖和控制程序(如梯形圖等)    PLC是整個控制系統的核心部件，正確、合理的選擇機型對于保證整個系統的技術經濟性能指標起著重要的作用。
    PLC的選型應包括機型的選擇、存儲器容量的選擇、I／O模板的選擇等
    4、分配I／O地址，繪制I／O接線圖
    通過對用戶輸入、輸出設備的分析、分類和整理，進行相應的I／O地址分配，并據此繪制I／O接線圖。
    至此，基本完成了PLC控制系統的硬件設計
    5、設計控制程序
    根據控制任務和所選擇的機型以及I／O接線圖，一般采用梯形圖語言設計系統的控制程序。設計控制程序就是設計應用軟件，這對于保證整個系統安全可靠的運行至關重要，必須經過反復調試，使之滿足控制要求。
    6、必要時設計非標準設備
    在進行設備選型時，應盡量選用標準設備。如無標準設備可選，還可能需要設計操作臺、控制柜、模擬顯示屏等非標準設備。
    7、編制控制系統的技術文件
    在設計任務完成后，要編制系統的技術文件。技術文件一般應包括設計說明書、使用說明書、I／O接線圖和控制程序(如梯形圖等)